卢喜利，周月鹏

教育信息化背景下智慧校园的关键技术与应用研究

卢喜利，周月鹏

（韶关学院信息科学与工程学院，广东韶关512005）

随着教育信息化的推进，智慧校园将成为未来高校信息化的主要发展方向，云计算和物联网技术在智慧校园的建设中起着决定性的作用.这些先进技术可以对校园生活、教学进行综合管理，可以有效的对学生安全进行防卫.通过分析物联网和云计算技术在智慧校园中的应用，描绘智慧校园为学校师生和教职员工提供的多种多样的校园文化、平安和谐、智能便捷的校园生活.最后对智慧校园的发展进行展望.

智慧校园；物联网；云计算；RFID

教育信息化的建设是一个长期的发展过程，有客观的路径及规律性，建设的不同阶段具有各异的特征. 21世纪初，国内各大高校都在建设数字校园，在建设过程中都有自己探索和规划的模式，都是围绕着应用展开教育信息化的建设.数字校园的内涵建设包含两个方面：一方面是信息在应用方面的集成与数据整合，建设目标是完成学校信息在应用方面的集成、实现各类信息资源的整合；另一方面是构建基于标准统一、各种信息资源充分共享和传输的平台［1］.

数字校园建设在最初一段时期确实产生了积极作用，改变了学校的传统教学模式和业务流程，但这种变革没有产生显著、可持续的影响，变革过程是被动且缓慢的［1］.北京师范大学的黄荣怀等人认为数字校园过渡到智慧校园是必然的，然后从学习环境的变革方面进行了分析［2］，江苏师范大学的王运武等人则论述了这个过程中的系统思维缺失现象［3］.

随着高校教育信息化的推进，信息化建设进入了新的发展阶段.智慧地球、智慧城市、智慧校园、智能医疗、智慧交通、智能家居的建设都如火如荼的进行中，智慧校园成为教育信息化建设的重要组成部分［4］.高等学校也应该抓住机遇，围绕“智慧”理念，打造智慧、平安、和谐的校园.

1 智慧校园

智慧校园是在数字校园，智慧城市之后产生的一个新概念.目前在中国高校中，还没有实现真正意义上的智慧校园.不过随着高校加大投入智慧校园的建设，某些高校已经能够提供较为完善的服务［5］.

智慧校园是指通过云计算、物联网等新技术在校园中的应用，完成对高校教职员工、学生以及学校的各种资源进行交互方式的更新，将学校的基础设施、科研成果、教学资源进行整合，从而使得应用更加灵活、快捷，促使校园服务模式的智能化.在实际应用中，智慧校园的实现过程是把传感器安装到图书馆、教室、餐厅、实验室、宿舍等场所中，通过互联网实现“物物相连”形成“物联网”，最终实现校园资源和系统的整合［6］.

智慧校园的建设，可以提高学校的信息服务质量，构建一个智能、协作和开放的信息服务平台，让每个使用者体验该平台的智能化服务.它是一种全新的学习、生活和管理模式，以智能化的方式来体现我们的工作、学习、交流与管理的校园生活.

2 智慧校园的关键技术

2.1 云计算

云计算是这些年被炒得比较热的技术名词.从本质上讲，云计算不能算是一项全新的技术，它是在网格计算、虚拟化技术、并行计算以及分布式计算基础上发展起来的一种新模式.

云计算的基本原理是利用非本地或远程服务器群的分布式计算机为互联网用户提供计算、存储、软硬件等服务.简单地说，云计算整合了很多位于不同地点或者相同地点的闲置的计算资源，通过计算机网络为用户提供“服务和解决方案”［7］.以用户为主体并为其提供平台、基础架构、软件等服务，整合大量的计算、数据、应用、存储等分布式资源进行协同工作的超级计算模式.云计算是虚拟化技术应用成果的体现，而虚拟化技术为云计算的实现提供了很好的技术支持［8］.

云计算是计算机业界、学术界的热点名词与技术，已经成为未来发展的重要趋势之一.微软、Google、Amazon、IBM等信息巨头都在进行与云相关的技术研究和开发［9］.

2.2 物联网技术

物联网是指通过激光扫描仪、射频识别、全球定位系统（GPS）、红外感应器等信息传感设备，通过网络通信协议把物品接入到互联网中进行信息交换和通信，实现对物品的识别、跟踪、管理和定位的一种网络［10］.

通俗的讲，物联网是“物物相连的互联网”，是互联网的拓展和延伸；用户端不再局限于人与人之间，而是物品与物品之间进行信息通信和数据交换，能够对物品进行识别、跟踪和定位.物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展.

物联网建设过程中关键的技术是射频识别（RFID）技术.RFID英文全称是Radio Frequency Identification，是一种由雷达技术衍生的技术，通过射频信号实现对物体的非接触自动识别.该技术通过阅读器发射的电磁波自动识别目标对象和读取相关数据，不需要人工操作，可工作于各种恶劣环境.RFID技术具有识别效果好、速度快、距离远、环境适应性强、容量大、寿命长、可重复使用等特点，以及可支持快速读写、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理.

3 云计算、物联网在智慧校园建设中的应用

3.1 云计算在智慧校园建设中的应用

（1）智慧校园的云计算平台

智慧校园的云计算平台包括3个层次，第一层是基础设施层（基础设施即服务）、第二层是平台层（平台即服务）、第三层是应用层（软件即服务）.基础设施又包括网络系统、存储系统和服务器等硬件部分.平台提供虚拟硬件资源和服务器租用等服务，包括认证、授权、数据管理等.平台服务系统主要由数据库、开发平台以及中间件等组成.软件服务层（应用层）是智慧校园的核心，也是智慧校园的上层服务.智慧校园教育信息化系统部署在软件服务层，通过系统门户提供服务，是用户获得服务的入口［11］.智慧校园云计算平台架构见图1.

图1 智慧校园云计算平台架构

（2）云计算在虚拟实验室中的应用

云计算是支撑智慧校园建设的一项关键技术，借助于网络载体，通过虚拟技术为用户提供高效率、智能化的基础架构和平台.下面以云计算在虚拟实验室中的应用为例讲解云计算在智慧校园中的应用.

学生实验是教学过程中的重要环节，通过动手调试实验提高学生的动手能力，探索新的领域，获取更多知识.然而，学校的实验室不可能每天都开放，也不可能让每个学生随时进行实验，不能保证每个学生都拥有自己的实验室.为解决这个问题，可以使用云计算平台.云计算平台通过远程桌面和资源共享的方式，使学校师生都可以通过客户端访问云平台，体会海量存储和高速运行，可以很好地实现每个师生拥有一个虚拟实验室的构想.在虚拟实验室的建设过程中，首先要完成实验室环境准备，搭建虚拟化资源池，然后通过自动化方式完成资源的申请、监控和回收，用户通过虚拟桌面可以对虚拟实验室进行远程访问［7］.

3.2 物联网在智慧校园建设中的应用

智慧校园的一个很明显特征是智能感知，能够借助物联网技术对校园生活、教学资源、教学活动，学生的安全等进行综合管理.智慧校园展示了一个更加高效、便捷、智能、和谐的校园环境.

物联网在智慧校园中的应用主要包括3个方面，分别是教学管理、校园生活以及安全防卫.

（1）教学管理

智慧校园的教学管理主要包括3部分：智慧课程、自动考勤管理和智慧图书馆.

智慧课程是教师将所有课程资源上传到云平台上，学生通过手机或计算机这些终端设备进行登陆访问，在终端设备上完成课前预习和课后复习.教师也可以将学生需要完成的作业，通过网络发送到学生的终端.学生完成作业后自动批改，系统对出错情况进行分析，给出参考答案，教师也可以通过智慧课程模块对学生的完成情况进行分析，便于学生自主学习和总结［12］.

考勤管理是学校授课过程中必不可少的一个环节，通过点名的形式实现，考勤一般由任课教师或者班委承担，点名过程既浪费教师授课也耽误学生学习.在每一间教室门口安装一个RFID阅读器来完成自动考勤管理，阅读器通过读取进出教室的教师和学生的RFID卡中信息，快速准确的记录教师和学生进出教室的时间，同时可以生成学生旷课、早退、迟到的报表，准确性高，便于教师记录平时成绩，也方便教学管理部门查询［12］.

智慧图书馆主要提供智慧管理、自助借还、智能统计服务.物联网技术在智慧图书馆的实现过程中起着至关重要的作用.目前大部分图书上面粘贴的都是普通的条形码标签，条形码标签在阅读距离和阅读速度方面赶不上RFID标签，智慧图书馆的应用主要是RFID电子标签的使用.智能书车是在移动设备上安装了RFID阅读器，通过移动智能书车来实现定位、查询和导航功能［13］.

（2）校园生活

校园生活主要包含3个方面，分别是智能食堂管理、智能宿舍管理和智能浴室管理.

智能食堂管理是智慧校园建设过程中很重要的一部分.它包括3部分：第一部分是RFID阅读器，第二部分是含RFID电子标签的饭卡，第三部分是后台数据库管理系统.学校师生每人的饭卡中都植入了RFID标签，卡里面包含了用户注册信息和使用信息.在食堂的每个窗口都安装RFID阅读器，通过阅读器读取卡中信息，比如说读取卡中金额.刷卡后扣除相应金额，再将修改数据写入到后台数据库中.后台数据库系统存储用户的注册信息和消费情况，方便用户和管理部门对食堂权限范围内的消费业务进行查询［13］.

智能宿舍管理可以对学生的归宿进行快速、高效、智能的管理.可以解决学生晚归和夜不归宿的问题.宿舍门口安装有RFID阅读器，当学生拿着RFID卡通过宿舍门口时，阅读器可以感应学生的进出情况，从而统计出当前进入宿舍楼的人数，并且可以很清楚的统计出哪些同学在宿舍，哪些同学不在宿舍.

当学生在学校规定时间之前没有回到宿舍，系统自动统计出这些学生信息，并给这些学生手机发送短信提示，同时将未到宿舍的学生信息发送到宿舍管理人员的手机上.通过智能宿舍管理系统，可以实现学生宿舍考勤的智能化管理，并且宿舍管理部门能及时统计报表，大大提高管理效率和统计的准确率［14］.

智能浴室管理可以实现用水自动化计费管理.使用时将卡放到阅读器上，阅读器通过发射信号读取卡上余额并显示出来，然后根据用水情况进行计费［15］.

（3）安全防卫

随着高校的扩招，学校的建筑规模和学生规模都在不断加大，旧的安保方式在发展过程中就显得捉襟见肘.物联网技术为学校的安全防卫提供了支持.学校可以在敏感区域安装传感设备，安保部门则通过射频识别、GPS及传感技术，实现对学校人员和固定资产的全方位监控，当有安全隐患时，设备自动报警，安保人员得到信息后可以第一时间到达出现安全隐患的现场［12］.

4 结语

基于云计算和物联网技术的智慧校园，将为师生的教学工作和日常生活提供极大的便利.它将提供的是丰富多彩的校园文化、随时随地的网络学习、方便周到、安全和谐的校园生活.目前智慧校园的建设既是机遇，也是挑战.在智慧校园的建设与实施过程中仍然有许多问题需要考虑.比如：物联网建设成本较高，如果想一步到位全面建成需要较高的成本；而且使用物联网技术可以跟踪用户的行动、了解学生的习惯以及偏好等，师生隐私将得不到很好的保护［12］.

当前智慧校园的建设还处在探索阶段，随着云计算技术、物联网和大数据的深入研究和广泛应用，智慧校园在建设过程中出现的问题将会逐步改进和提高，将来会有越来越多的学校建设成为智慧校园，实现校园大环境的物物相连.数字校园逐渐会被智慧校园取代，智慧校园将成为教育信息化产业发展的主流方向.

［1］胡钦太，郑凯，林南晖.教育信息化的发展转型：从“数字校园”到“智慧校园”［J］.中国电化教育，2014(1)：35-39.

［2］黄荣怀.从数字学习环境到智慧学习环境－学习环境的变革与趋势［J］.开放教育研究，2012，18(1)：75-84.

［3］王运武.“数字校园”向“智慧校园”的转型发展研究－基于系统思维的分析思辩视角［J］.远程教育杂志，2013(2)：21-28.

［4］黄荣怀，张进宝，胡永斌，等.智慧校园：数字校园发展的必然趋势［J］.开放教育研究，2012，18(4)：12-16.

［5］冯颖，俞文洋，陈羿羽，等.智慧校园建设与应用研究［J］.电脑编程技巧与维护，2014(2)：91-92.

［6］朱韶红，王玉泉.物联网技术在智慧校园建设中的应用［J］.中国科技信息，2013(19)：105-106.

［7］李征，王璐.云计算在智慧校园中的应用研究［J］.计算机与现代化，2012(5)：48-50.

［8］方巍，文学志，潘吴斌，等.云计算：概念、技术及应用研究综述［J］.南京信息工程大学学报：自然科学版，2012，4(4)：351-361.

［9］吕倩.基于云计算及物联网构建智慧校园［J］.计算机科学，2011，38(10A)：18-21.

［10］林成.智慧校园及其相关技术探析［J］.中小企业管理与科技(下旬刊)，2013(3)：210-211.

［11］保承军，岳桂杰.云计算和物联网在智慧校园系统构建中的应用［J］.自动化与仪器仪表，2014(3)：62-64.

［12］魏林.基于物联网的高职智慧校园建设研究［J］.科技广场，2014(11)：145-149.

［13］严大虎，陈明选.物联网在智慧校园中的应用［J］.现代教育技术，2011，21(6)：123-125.

［14］张永波.RFID技术在智慧校园中的应用［J］.软件导刊.2011，10(5)：132-134.

［15］王斌.基于RFID的水控管理系统［J］.中国电子商务，2009(12)：28.

Research on Key Technology and Application of Smart Campus under the Background of Educational Informatization

LU Xi-li，ZHOU Yue-peng
（Institute of information Science and Engineering,Shaoguan University, Shaoguan 512005,Guangdong,China）

With the development of education informatization,smart campus will become the main development direction of future university informatization,and the cloud computing and the technology of the Internet of things play a decisive role in the construction of smart campus.These advanced technologies can achieve the integrated management of the campus life and teaching,and it can effectively defend the safety of students.Through the analyzing of the cloud computing and the technology of the Internet of things in smart campus,it describes faculty diversity of campus culture.A harmonious,smart and convenient campus life of smart campus will be provided for the teachers and students.Finally it discusses the prospects of the development of smart campus.

smart campus；internet of things；cloud computing；RFID

TP393

：A

：1007-5348（2015）04-0018-04

（责任编辑：欧恺）

2015-03-30

广东省教育厅“质量工程”建设项目（粤教高函〔2014〕97号）；广东省高等教育教学改革项目（GDJG20142436）；韶关学院教育教学改革研究重点项目（SYJY20131404）；广东省自然科学基金资助项目（2014A030307029）；广东省高等学校科技创新（重点）项目（2013KJCX0168）.

卢喜利（1982-），女，河南焦作人，韶关学院信息科学与工程学院教师，硕士；研究方向：物联网技术和数据挖掘.